程 艷

（安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 231603）

基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)研究

程 艷

（安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 231603）

根據(jù)自動(dòng)生成設(shè)備中氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用情況來看，其具有成本比較低、結(jié)構(gòu)簡單、方便控制與操作等多種優(yōu)點(diǎn)，并且還可以根據(jù)自動(dòng)化設(shè)備的具體要求進(jìn)行工作程序的設(shè)定，對于提高自動(dòng)生成設(shè)備的工作效率有著重要影響。本文就氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)和控制要求進(jìn)行闡述，對基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行合理分析，以推動(dòng)基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)有更廣泛的應(yīng)用。

PLC控制；氣動(dòng)機(jī)械手；控制系統(tǒng)

1 氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)

本文介紹的氣動(dòng)機(jī)械手主要是由三菱FX2N-48MR控制器來完成相關(guān)操作的。其主要組成結(jié)構(gòu)是加緊氣缸、升降氣缸、伸縮氣缸、擺動(dòng)氣缸幾個(gè)部分，可以有效完成工件的旋轉(zhuǎn)、下壓、上抬、放松和加緊等操作，其中，機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)是由加緊氣缸、擺動(dòng)氣缸兩個(gè)部分結(jié)合鋼絲干共同摩擦完成的。

通常情況下，四個(gè)氣缸的行程在 50厘米和85厘米之間，在使用氣動(dòng)機(jī)械手的時(shí)候，其具體操作步驟主要包括如下幾個(gè)方面：一是，在根據(jù)相關(guān)要求按下啟動(dòng)按鈕按之后，啟動(dòng)機(jī)械手會(huì)馬上出現(xiàn)動(dòng)作情況，通常先接通電源的是上升電磁閥，并且，在氣動(dòng)機(jī)械手臂上升到傳感器限制的高度夠停止動(dòng)作；二是，左轉(zhuǎn)電子閥接通電源后，機(jī)械臂會(huì)向左轉(zhuǎn)動(dòng)，并轉(zhuǎn)動(dòng)到傳感器限制的位置后停止動(dòng)作；三是，下降電磁閥在接通電源后，機(jī)械臂會(huì)逐步向下移動(dòng)，以到達(dá)傳感器限制的位置時(shí)停止動(dòng)作；四是，傳動(dòng)帶啟動(dòng)后，可以通過光電傳感器來檢測傳送帶上是否存有物品，如果檢測到有物品傳送過來，則需要立即接通電子閥的電源，以在機(jī)械手抓緊到傳感器限制的位置時(shí)停止動(dòng)作；五是，機(jī)械手臂如果想要再次向上移動(dòng)，則會(huì)上升到傳感器限制的高度后完成第二個(gè)動(dòng)作；六是，機(jī)械右臂在右轉(zhuǎn)電磁閥通電的情況下會(huì)再次右轉(zhuǎn)，以在到達(dá)傳感器限制的位置時(shí)停止動(dòng)作；七是，機(jī)械手臂如果想要再次向下移動(dòng)，則是在下降到傳感器限制的位置后停止繼續(xù)下降；八是，放松電磁閥通電以后，機(jī)械手會(huì)立即松開手爪，以在延時(shí)一定時(shí)間的情況下，完成某一次的搬運(yùn)操作，從而在重復(fù)的情況繼續(xù)上述幾個(gè)步驟；九是，在完成某個(gè)操作以后及時(shí)按下停止按鈕，氣動(dòng)機(jī)械手會(huì)作出相應(yīng)的反應(yīng)，并立刻停止當(dāng)前的相關(guān)動(dòng)作和操作，并且，在重新啟動(dòng)按之后，氣動(dòng)機(jī)械手可以繼續(xù)按照原來的程序完成之前還沒有完成的操作。

目前，基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)一共設(shè)置有五種工作方式，而它們是由不同的開關(guān)來控制的。一是手動(dòng)方式。在按照工件生產(chǎn)的相關(guān)要求進(jìn)行手動(dòng)操作的時(shí)候，氣動(dòng)機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)每一個(gè)動(dòng)作的單獨(dú)控制，并且通過手動(dòng)操作的方式將氣動(dòng)機(jī)械手放到遠(yuǎn)點(diǎn)位置，可以為氣動(dòng)機(jī)械手的維修提供便利，確保氣動(dòng)機(jī)械手能夠快速恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。二是回原點(diǎn)方式。在按照啟動(dòng)按鈕之后，氣動(dòng)機(jī)械手的位置可以是左方、縮回等多種情況，從而繼續(xù)之前未完成的操作。三是單周期工作方式。在啟動(dòng)按鈕被按下的情況下，氣動(dòng)機(jī)械手可以從以第一個(gè)工作程序開始操作，直到完成程序規(guī)定的最后一個(gè)動(dòng)作后停止動(dòng)作，而這個(gè)過程正好是一個(gè)周期。四是單步方式。在氣動(dòng)機(jī)械手在嚴(yán)格按照工作循環(huán)步驟進(jìn)行相關(guān)操作的情況下將啟動(dòng)按鈕按下，其可以在完成當(dāng)前的操作以后便停止繼續(xù)下一步的操作。五是連續(xù)工作方式。在啟動(dòng)按鈕被按下時(shí)候，氣動(dòng)機(jī)械手可以一直按著設(shè)定的程序完成所有操作，并一直反復(fù)進(jìn)行到停止按鈕被按下的那一刻。

由此可見，啟動(dòng)機(jī)械手的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是其完成各種操作的主要傳動(dòng)裝置，可根據(jù)運(yùn)行程序執(zhí)行很多任務(wù)，使整個(gè)工件的生產(chǎn)效率有效提高。

2 基于 PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

目前，基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括如下幾個(gè)方面：

2.1 PLC的合理選用、I/O端口的正確分配

根據(jù)氣動(dòng)機(jī)械手的工作情況可知，想要滿足其操作要求和保證其操作的準(zhǔn)確性，需要合理設(shè)置二十一個(gè)輸入端子，并設(shè)置相應(yīng)的七個(gè)輸出電子。由于本文采用的控制器是三菱FX2N-48MR，因此，根據(jù)其使用情況需要設(shè)置的輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)分別有二十四個(gè)，才能真正滿足氣動(dòng)機(jī)械手的控制要求。所以，PLC的I/O端口具體分配是：X0為手動(dòng)；X1為回原點(diǎn)；X2為單步；X3為單周期；X4為連續(xù)；X6為啟動(dòng)；X7為停止；X10一般指的是旋轉(zhuǎn)左限位傳感器；X11一般指的是旋轉(zhuǎn)右限位傳感器；X12一般指的是手臂伸出傳感器；X13一般指的是手臂縮回傳感器；X14一般指的是提升限位傳感器；X15一般指的是下降限位傳感器；X20為左轉(zhuǎn)；X21為右轉(zhuǎn)；X22為伸出；X23為縮回；X24為提升；X25為下降；X26為夾緊；X27為松開；Y0為左轉(zhuǎn)；Y1為右轉(zhuǎn)；Y2為伸出；Y3為縮回；Y4為提升；Y5為下降；Y6為夾緊。

2.2 控制程序的合理設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用上述氣動(dòng)機(jī)械手時(shí)，其控制程序的復(fù)雜性比較強(qiáng)，主要包括如下三個(gè)部分：一是手動(dòng)程序；二是，公用程序；三是，自動(dòng)程序。通常情況下，首先執(zhí)行的是公用程序，接著合理配置手動(dòng)方式，以在X0或X2接通的情況下轉(zhuǎn)換到手動(dòng)程序來繼續(xù)執(zhí)行操作任務(wù)。與此同時(shí)，在使用自動(dòng)工作方式的過程中，如果X0或X2處于斷開狀態(tài)，那么X3或X4則會(huì)馬上處于接通狀態(tài)，以繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)操作步驟。

根據(jù)基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的整體情況來看，上述三種控制程序的主要功能是：首先，公共程序比較常用在各種工作方式需要互相切換和幾種程序同時(shí)存在的情況下，例如：在串聯(lián)電路中，公用程序中的左限位傳感器X10、上限位傳感器X14的常開觸點(diǎn)等如果處于聯(lián)通狀態(tài)，則表明處于原點(diǎn)條件的M5將會(huì)變成ON，即氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)循環(huán)到原點(diǎn)位置。在這種情況下，如果系統(tǒng)正好處于手動(dòng)狀態(tài)，想要執(zhí)行用戶程序，則需要將初始步對應(yīng)的S0改變位置，才能為單周期、單步、連續(xù)工作方式等做好充分準(zhǔn)確。其次，手動(dòng)程序是由單步控制和電動(dòng)控制共同組成。目前，手動(dòng)程序中的手動(dòng)按鈕主要包括七個(gè)：一是，控制氣動(dòng)機(jī)械手左移動(dòng)作；二是，控制氣動(dòng)機(jī)械手上升動(dòng)作；三是，控制氣動(dòng)機(jī)械手下降動(dòng)作；四是，控制氣動(dòng)機(jī)械手放松動(dòng)作；五是，控制氣動(dòng)機(jī)械手回原點(diǎn)動(dòng)作；六是，控制氣動(dòng)機(jī)械手右移動(dòng)作；七是控制氣動(dòng)機(jī)械手夾緊動(dòng)作。為了保證整個(gè)基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的運(yùn)行安全性，需要設(shè)置一定的連鎖，以充分發(fā)揮氣動(dòng)機(jī)械手的功能。最后，在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用SFC來完成設(shè)計(jì)程序，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的操作任務(wù)。

3 結(jié)束語：

綜上所述，基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)有著操作簡單、方便和高效等特點(diǎn)，對于減少生產(chǎn)人員的工作量有著極大作用。

[1]劉志虎,王雷,王幼民,李明.基于PLC的包裝袋機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2015,09:58-63.

Research on Pneumatic Manipulator Control System Based on PLC control

CHENG Yan
(Department of Mechanical Engineering,Anhui Vocational College of Water Resources and Hydropower,Hefei ,Anhui 231603,China)

according to the application of automatic generation equipment of pneumatic manipulator,which has low cost,simple structure,convenient control and operation of a variety of points,and can also carry out work procedures according to the specific requirements of automation equipment set,has an important influence on improving the working efficiency of automatic generating equipment.In this paper,the main structure and control requirements of pneumatic manipulator control system are described,and the design of pneumatic manipulator control system based on PLC control is analyzed,which is based on PLC control system.

PLC control; pneumatic manipulator; control system

S157.1

：A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.062

1672–7304(2016)01–0133–02

2016年安徽省高校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目“自動(dòng)傾翻式磚板分離生產(chǎn)線裝置研究”（編號(hào)：KJ2016A283）。

（責(zé)任編輯：吳 芳）

程艷（1979-），女，安徽淮南人，講師，研究方向：機(jī)械工程。